CN105489813B - 一种针对干法锂电隔膜的热处理方法 - Google Patents

一种针对干法锂电隔膜的热处理方法 Download PDF

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Abstract

在制备干法锂电隔膜的过程中，需要对挤出铸片的基膜进行退火处理，传统的工艺方法为将基膜收卷成卷状，推入烘箱内进行一定温度/时间下的热处理，这种传统的热处理方法的一大缺点在于辊底和辊面的基膜热处理效果差异大，经拉伸成隔膜后性能差异大，影响了隔膜在长度方向的一致性。本发明提供了一种针对干法锂电隔膜的热处理方法，采用辊筒对基膜进行热处理，消除了基膜长度方向的热处理差异，经拉伸成隔膜后性能保持高度一致性。采用此方法的生产设备/工艺技术简单易操作，能够高效连续地大规模生产。

Description

一种针对干法锂电隔膜的热处理方法
技术领域
本发明属于锂离子电池隔膜的制备领域，特别涉及一种针对干法锂电隔膜的热处理方法。
背景技术
传统燃油汽车是目前大气污染的主要排污来源之一，通过提高排放标准等手段只能缓解污染程度，并不能从根本上杜绝污染源头。新能源汽车产业历来是汽车行业乃至各国政府热衷投资的行业，锂电池行业报告预测，2020年电动汽车产量达到1314万辆，是2010年的5.5倍。其中，插电式混合动力汽车产量会增长35倍达到140万辆，纯电动汽车产量会达到75万辆，增长75倍。
锂电池具有开路电压高、高能量比和容量大的特点，一直以来都是新能源汽车厂商青睐的动力电池。由于电动汽车需要的是大功率电能，在实际使用过程中，往往使用上千个电芯串联成电池组以保证能量的供应。根据相关的行业报告测算，一辆纯电动汽车需要40公斤～50公斤的正极材料和电解液，是单个手机电池耗用量的1万倍左右。因此，电动汽车行业的兴起无疑给国内的锂电池行业带来数十倍的需求增长。
随着新能源/电动汽车的崛起，锂离子电池被广泛的应用，作为锂离子电池中的一个重要组件，其各项性能指标被提出了更大更高的要求，其中性能的均一性便是其中的一个重要的衡量指标。在制备干法锂电隔膜的过程中，需要对挤出铸片的基膜进行退火处理，传统的工艺方法为将基膜收卷成卷状，推入烘箱内进行一定温度/时间下的热处理，这种传统的热处理方法的一大缺点在于辊底和辊面的基膜热处理效果差异大，经拉伸成隔膜后性能差异大，影响了隔膜在长度方向的一致性。
发明内容
本发明采用辊筒对基膜进行热处理，消除了基膜长度方向的热处理差异，经拉伸成隔膜后性能保持高度一致性。采用此方法的生产设备/工艺技术简单易操作，能够高效连续地大规模生产。
本发明的目的在于提供一种针对干法锂电隔膜的热处理方法。
本发明的上述技术目的可以通过以下技术方案实现：
a、铸片：将聚烯烃颗粒通过挤出机塑化形成聚丙烯熔体，然后从模头低温挤出，冷却辊铸片，得到片状聚丙烯基膜；
b、辊筒热处理：将基膜拉出在辊筒进行热处理，其中辊筒数量为30根～100根之间，并且辊筒的温度由中部向两边呈递减趋势；
c、单向拉伸：将退火处理后的聚丙烯基膜经单向拉伸后即可得到锂电微孔隔膜。
优选地，所述a步骤中，挤出机工作温度在100～300℃，模头设定温度在180～250℃，冷却辊温度设定在30～120℃。更优选地，挤出机工作温度在180～210℃，模头设定温度在180～205℃，冷却辊温度设定在50～100℃。
优选地，所述b步骤中，前后辊筒的温度为30℃～160℃和160℃～30℃，并且拉伸倍率为1.005～1.5倍。更优选地，前后辊筒温度设定在50℃～120℃和120℃～50℃，拉伸总倍率设定为1.1～1.4倍。更优选地，所述辊筒数量在优选40根～60根。因为辊筒数量太少则热处理效果差，辊筒太多则影响生产效率。
优选地，所述c步骤中，单向拉伸的倍率设定为1.5～3.0。
优选地，所述聚丙烯采用等规度≥90％的等规聚丙烯，平均分子量为1×106～1×107，熔融指数为1.0～10.0g/10min。更优选地，采用等规度≥95％的等规聚丙烯，平均分子量为2×106～5×106，熔融指数为1.5～5.0g/10min。
本发明制备的干法锂电微孔隔膜，厚度为12μm～60μm。各项性能指标均与传统烘箱热处理方式制备的微孔隔膜差异无几，但长度方向的各项性能保持高度一致性。
本发明具有以下优点：
(1)本发明生产设备/工艺技术简单易操作，能够高效连续地大规模生产。
(2)所制备的干法锂电微孔隔膜各项性能指标均与传统烘箱热处理方式制备的微孔隔膜差异无几，但长度方向的各项性能保持高度一致性。
附图说明
图1辊筒热处理示意图
图2长度方向透气率一致性比对
具体实施方式
以下结合具体的实施例和附图来对本发明的内容进一步说明，但是本发明的保护范围并不仅仅局限于实施例所描述的内容。
制备高吸液率/高保液率干法单向拉伸隔膜步骤如下：
a、铸片：将聚烯烃颗粒通过挤出机塑化形成聚丙烯熔体，然后从模头低温挤出，冷却辊铸片，得到片状聚丙烯基膜，收成卷状，长度不限，可根据需求选定。
b、辊筒热处理：将成卷的基膜依次通过有一定温度和拉伸倍率的辊筒进行热处理，并且辊筒的温度由中部向两边呈递减趋势，如图1所示，然后收成卷状。
c、单向拉伸：将退火处理后的聚丙烯基膜经单向拉伸后即可得到锂电微孔隔膜。
所述聚丙烯采用等规度≥90％的等规聚丙烯，平均分子量为1×106～1×107，熔融指数为1.0～10.0g/10min，作为优选，采用等规度≥95％的等规聚丙烯，平均分子量为2×106～5×106，熔融指数为1.5～5.0g/10min。
所述a步骤中，挤出机工作温度在100～300℃，模头设定温度在180～250℃，冷却辊温度设定在30～120℃，作为优选，挤出机工作温度在180～210℃，模头设定温度在180～205℃，冷却辊温度设定在50～100℃.
所述b步骤中，前后辊筒温度设定在30℃～160℃和160℃～30℃，拉伸总倍率设定为1.005～1.5，辊筒数量在30根～100根之间，优选40根～60根，辊筒数量太少则热处理效果差，辊筒太多则影响生产效率。
所述c步骤中，单向拉伸的倍率设定为1.5～3.0。
以下结合具体实施例进一步说明本发明。
实施例中，采用等规度为98％的等规聚丙烯，平均分子量为3.5×106，熔融指数为3.3g/10min，其他条件见上述技术方案，不同之处将在具体实施例中阐述。
实施例1
将聚丙烯颗粒通过挤出机塑化形成聚丙烯熔体，然后从模头挤出，经急冷辊铸片成23.5u的片材聚丙烯基膜，收成卷状，长度在1000m，挤出机工作温度为203℃，模头设定温度为200℃，冷却辊设定温度为88℃；将基膜依次通过50条辊筒进行热处理，如图1所示，各辊筒的温度和拉伸倍率设定如表1所示；将热处理后的聚烯烃基膜经2.0倍率的单向拉伸后即可得到厚度为20u、孔隙率为42％的锂电微孔隔膜。
实施例2
将聚丙烯颗粒通过挤出机塑化形成聚丙烯熔体，然后从模头挤出，经急冷辊铸片成19u的片材聚丙烯基膜，收成卷状，长度在1500m，挤出机工作温度为208℃，模头设定温度为205℃，冷却辊设定温度为80℃；将基膜依次通过50条辊筒进行热处理，如图1所示，各辊筒的温度和拉伸倍率设定如表1所示；将热处理后的聚烯烃基膜经1.95倍率的单向拉伸后即可得到厚度为16u、孔隙率为42％的锂电微孔隔膜。
表1热处理阶段各辊筒温度/拉伸倍率设定
表2实施例样品性能比对
由表2可知，本发明辊筒热处理方法与传统的烘箱热处理相比，具有孔隙率高，拉伸强度高等显著进步，能提高隔膜对电解液的吸液率/保液率以及电池的安全性。另外，由图2可知，本发明辊筒热处理方法与传统的烘箱热处理相比，在隔膜的纵向一致性上提高显著，能在很大程度上提高电池的一致性。
以上是对本发明进行了具体的阐述，用于帮助理解本发明，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，任何未背离本发明原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种针对干法锂电隔膜的热处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、铸片：将聚烯烃颗粒通过挤出机塑化形成聚丙烯熔体，然后从模头低温挤出，冷却辊铸片，得到片状聚丙烯基膜，挤出机工作温度在100～300℃，模头设定温度在180～250℃，冷却辊温度设定在30～120℃；
b、辊筒热处理：将基膜拉出在辊筒进行热处理，其中辊筒数量为40根～60根之间，并且辊筒的温度由中部向两边呈递减趋势，将成卷的基膜拉出通过前后辊筒的温度为30℃～160℃和160℃～30℃，并且拉伸倍率为1.005～1.5倍；
c、单向拉伸：将退火处理后的聚丙烯基膜经单向拉伸后即可得到锂电微孔隔膜，
所述聚丙烯采用等规度≥90％的等规聚丙烯，平均分子量为1×106～1×107，熔融指数为1.0～10.0g/10min。
2.根据权利要求1所述热处理方法，其特征在于，步骤a中，挤出机工作温度在180～210℃，模头设定温度在180～205℃，冷却辊温度设定在50～100℃。
3.根据权利要求1所述热处理方法，其特征在于，所述b步骤中，通过前后辊筒的温度优选为50℃～120℃和120℃～50℃，拉伸总倍率设定为1.1～1.4倍。
4.根据权利要求1-2任一权利要求所述热处理方法，其特征在于，所述c步骤中，单向拉伸的倍率设定为1.5～3.0。
5.根据权利要求1所述热处理方法，其特征在于，采用等规度≥95％的等规聚丙烯，平均分子量为2×106～5×106，熔融指数为1.5～5.0g/10min。
6.根据权利要求1-3任一权利要求所述热处理方法，其特征在于，本方法制备的干法锂电微孔隔膜的厚度为12μm～60μm。
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